Materiales usados en centrales termicas a gas

DEPARTAMENTO DE INDUSTRIAS
METALURGIA Y MATERIALES

MATERIALES USADOS EN CENTRALES TERMICAS A GAS



OBJETIVO.
El objetivo principal del presente trabajo es conocer a cerca del desarrollo de los materiales y tecnologías utilizadas en la fabricación de las partes calientes de las turbinas a gas, de tal forma de obtener un conocimiento global de este aspecto que permita mejorar mi visióndel mantenimiento de estos equipos, entender la relación que existe entre los distintos factores de operación y las horas de servicio para el mantenimiento.

INTRODUCCIÓN.
Un diagrama esquematizado de una turbina a gas en ciclo simple como el mostrado en la figura Nº1, nos ayudará a entender de manera sencilla el funcionamiento de una turbina a gas: El aire ingresa en el punto Nº1 a un compresorde flujo axial en condiciones ambientales y es comprimido a una presión elevada para ingresar al sistema de combustión en el punto Nº2, allí se inyecta combustible (líquido o gas) y ocurre la combustión a presión constante, debido a la alta temperatura generada en este punto (combustión esquiométrica) el sistema de combustión es diseñado para realizar una dilución y enfriamiento de la mezcla degases quemados, ingresando luego en el punto Nº3 a la turbina donde la energía de los gases calientes es transformada en energía mecánica en el eje, parte de la cual es utilizada para la comprensión del aire (mas del 50%) y el resto es potencia mecánica disponible para conectar un dispositivo como un generador.
El ciclo termodinámico sobre el cual operan todas las turbinas a gas se llama cicloBrayton, la figura Nº1 muestra los diagramas clásicos para este ciclo Volumen-Presión (PV) y Temperatura-Entropía (TS), del estudio de este ciclo, el cual no esta contemplado dentro del alcance de este trabajo, se puede determinar que el rendimiento térmico de una turbina a gas en ciclo simple, depende básicamente de dos factores fundamentales, la relación de compresión entre los puntos 1-2 y latemperatura de entrada a la turbina en el punto Nº3, este último factor es la principal restricción de operación de estas máquinas puesto que los materiales de construcción de las partes internas de las cámaras de combustión y de la turbina restringen la máxima temperatura admisible. Por este motivo es que es tan importante el desarrollo de materiales que cumplan con las altas exigencias detemperatura y resistencia.

FACTORES DEL DESARROLLO.
El avance alcanzado en tecnologías de materiales a permitido un fuerte desarrollo de la turbina a gas, el logro de mayores eficiencias (60%) en ciclos combinados, debido al aumento de la temperatura de llama, ha hecho a estas máquinas altamente competitivas en la industria de generación eléctrica.
Hemos dicho anteriormente el porque se pretende unatemperatura de llama alta, sin embargo otro objetivo importante es el prolongar la vida de las partes internas de la turbina a gas, protegiéndola de factores como la corrosión y el efecto de los contaminantes del aire y los combustibles utilizados, cada año muchas empresas gastan millones de dólares por conceptos de mantenimiento y piezas de recambio, de hecho muchas maquinas antiguas sonimplementadas con piezas mejoradas, con el sólo objetivo de reducir los costos de mantenimiento aumentando las horas de llama de las partes calientes.
El desarrollo alcanzado en los materiales constructivos ha permitido a las máquinas actuales trabajar a más altas temperaturas de llama y prolongar en varios miles las horas entre mantenimientos.
¿CUALES SON LAS ALTAS EXIGENCIAS?
Una de las preguntasnaturales al comenzar a estudiar el tema es determinar cuales son las exigencias a las cuales están sometidas las piezas internas de la turbina, en estricto rigor, es una pregunta bastante amplia y que se debe desarrollar para cada parte y diseño especifico de turbina, sin embargo analizando el trabajo de una de las piezas más exigidas de una turbina a gas como lo son los álabes de primera etapa,...